【Light Peak終于發(fā)光】（一）：接口集約化是大趨勢
“利用光的Light Peak筆記本電腦也許7月份就上市了”。
2011年5月底，美國。聽到眼前采訪對象的這番話，筆者有一瞬懷疑是否是自己聽錯了。但幾度確認，得到的回答都是一樣的。那就是：配備美國英特爾開發(fā)的光傳輸技術(shù)“Light Peak”（開發(fā)代碼）的筆記本電腦將于今年7月亮相。盡管他表示“上市產(chǎn)品的具體企業(yè)還不清楚”，但他的表情明顯告訴筆者他掌握著確切的信息。果不其然，他的消息是正確的。2011年6月28日，索尼宣布將于7月底上市配備Light Peak光接口的筆記本電腦（圖1）。也就是說，“光版”Light Peak閃亮登場了。
業(yè)界早就“傳聞”說索尼正考慮將光版Light Peak配備在筆記本電腦上。但筆者一直認為，Light Peak筆記本電腦不會在2011年內(nèi)面世。因為“電氣版”Light Peak，也即“Thunderbolt”率先實現(xiàn)了實用化。
Light Peak是英特爾于2009年9月在IDF上發(fā)布的高速接口技術(shù)。面世之初，該公司表示將采用光傳輸技術(shù)，這是其最大的特點。但之后英特爾宣布，最初將利用電信號而非光信號。然后在2011年2月，美國蘋果公司發(fā)布了配備Thunderbolt的筆記本電腦“MacBook Pro”。所以筆者認為2011年內(nèi)采用光傳輸技術(shù)的Light Peak該不會亮相。
但筆者的想法完全錯了。索尼預(yù)定2011年7月底上市的筆記本電腦“VAIO Z”系列的新產(chǎn)品“VPCZ21V9E”將配備基于Light Peak的設(shè)備間光接口。為此，本文將分數(shù)回介紹Light Peak相關(guān)的內(nèi)容。
實現(xiàn)接口的“集約化”
Light Peak于2009年9月首次在IDF上公開。其最大特點是采用了光傳輸技術(shù)。由此，數(shù)據(jù)傳輸速度提高到了10Gbit/秒以上，將來有望實現(xiàn)100Gbit/秒。通過提高速度，利用一根線纜可傳輸多種規(guī)格的接口信號。也就是說，物理層等下位層可在各接口規(guī)格間共用，協(xié)議層等上位層可按照接口規(guī)格利用不同的信號。簡言之，該技術(shù)就是如同在一根粗管道中流通各種不同的東西。
準備一個高速的物理層，在此之上傳輸多種接口信號以實現(xiàn)集約化。這種想法已經(jīng)成為目前接口業(yè)界的一種潮流。例如，DisplayPort可利用轉(zhuǎn)換適配器連接DisplayPort與HDMI和DVI。DisplayPort的數(shù)據(jù)傳輸速度較高，因此還能傳輸HDMI信號。在現(xiàn)行標準v1.2中，每個信道的數(shù)據(jù)傳輸速度為5.4Gbit/秒。最大可利用4信道，一根線纜能實現(xiàn)21.6Gbit/秒的數(shù)據(jù)傳輸速度。如果利用輔助信道“AUX”，還能傳輸USB 2.0規(guī)格的信號。
HDMI也從1.4版本開始支持以太網(wǎng)信號的收發(fā)。被稱為中國版HDMI的“DiiVA”不但能傳輸音頻和非壓縮HD影像，還可傳輸以太網(wǎng)和USB 2.0的信號，甚至還能供應(yīng)電力。以色列Valens Semiconductor公司等主導(dǎo)的“HDBaseT”除了音頻和非壓縮HD影像外，也能傳輸以太網(wǎng)和USB 2.0信號，而且可供給100Ｗ級的電力。
其中DiiVA和HDBaseT的特點是，其線纜可利用以太網(wǎng)線纜。也就是說，DiiVA和HDBaseT利用以太網(wǎng)的物理層傳輸視聽類信號。
另外，面向便攜終端的接口包括美國晶像（Silicon Image）公司等推進的“MHL”、意法合資公司意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）和瑞士ST-Ericsson共同開發(fā)的“Mobility DisplayPort（MYDP）”以及美國硅谷數(shù)模半導(dǎo)體（Analogix Semiconductor）公司開發(fā)的“SlimPort”，均可共用5端子microUSB傳輸非壓縮HD影像。也即支持USB數(shù)據(jù)信號和HD影像。由于可共用microUSB，3種接口技術(shù)均無需專用連接器。
其中，率先實現(xiàn)實用化的是MHL。目前已經(jīng)用于韓國三星電子的智能手機“Galaxy S II”。MHL和HDMI一樣，利用TMDS傳輸影像數(shù)據(jù)，因此，如果利用轉(zhuǎn)換適配器，可連接配備HDMI端子的電視。據(jù)筆者所知，Galaxy S II并沒有特別強調(diào)“配備MHL”，而是強調(diào)了可利用轉(zhuǎn)換適配器與HDMI連接。
便攜終端的內(nèi)部方面，預(yù)定將傳輸技術(shù)“MIPI（Mobile Industry Processor Interface）”的新一代物理層“M-PHY”作為多種內(nèi)部接口規(guī)格的物理層使用。比如，連接無線通信模塊和應(yīng)用處理器等的“DigRF v4”、連接攝像頭模塊和應(yīng)用處理器的“CSI-3”。另外，預(yù)計面向存儲卡的高速接口UFS也將采用M-PHY。
在這些計劃實現(xiàn)集約化的接口群中，Light Peak具備的最大特點是支持影像傳輸類和數(shù)據(jù)傳輸（存儲）類兩種接口規(guī)格。目前，已確定Thunderbolt支持的是DisplayPort和PCI Express。前者屬于影像傳輸類，后者屬于數(shù)據(jù)傳輸類。如果支持這二者，那么還能支持其他多種接口規(guī)格。例如，DisplayPort可支持HDMI、DVI和VGA。而PCI Express可支持SATA等。
實現(xiàn)集約化的三個理由
為何接口“集約化”的趨勢會不斷加速呢？理由至少有三個。第一，可削減連接器數(shù)量。目前，筆記本電腦和平板終端對薄型化的要求越來越高。為此，需要削減連接器數(shù)量。另外，數(shù)碼相機和手機等小型便攜終端增加連接器數(shù)量本來就很困難。
第二，可降低成本。首先，減少連接器數(shù)量后，可相應(yīng)削減連接器部件和電磁噪聲對策部件等的成本。如果能共用物理層，通過量產(chǎn)效果還能削減物理層自身的制造成本。
第三，可進行高速數(shù)據(jù)通信的物理層技術(shù)取得了進步。目前，支持5Gbit/秒以上速度的接口規(guī)格不斷增加。這是因為，在發(fā)送端實施的加重處理和在接收端實施的均衡器處理技術(shù)取得了進步。
連接器和兼容性測試尤為重要
要想實現(xiàn)接口規(guī)格的集約化，光有高速傳輸技術(shù)還不夠。關(guān)鍵在于連接器和兼容性測試。
連接器之所以重要，是因為如果向旨在實現(xiàn)集約化的高速接口追加新連接器，削減連接器數(shù)量的效果就不明顯了。大多情況下，作為“舊（Legacy）規(guī)格”，會配備原來的接口連接器。因此，即使可傳輸多種規(guī)格接口信號的新規(guī)格出現(xiàn)，很多時候也只是追加這種新規(guī)格的連接器。
因此，Light Peak計劃盡量使連接器實現(xiàn)通用。Thunderbolt直接沿用了DisplayPort的迷你連接器。另外，估計索尼采用的光版Light Peak采用了與USB 3.0具有兼容性的新連接器。Light Peak在連接器前方設(shè)置了USB 2.0端子，里面設(shè)置了USB 3.0端子，另外，里面設(shè)置的配備光信號收發(fā)專用端子的專用連接器目前正在開發(fā)中（參閱本站報道10）。此外，還可以插拔原來的USB連接器，而且能傳輸光信號。
索尼的個人電腦配備之所以采用上述的新連接器，就是判斷今后將會以這種連接器為基本器件。因為從索尼在發(fā)布資料中公開的照片來看，從Light Peak光收發(fā)模塊中延伸出來的光纖是與USB連接器相連的（圖2）。另外可插入USB 3.0連接器，所以可以判斷電腦會根據(jù)連接終端的接口種類來改變傳輸信號。
圖：紅圈部分是可支持USB 3.0的光接口連接器。估計開口部的尺寸與USB 3.0相同。（點擊放大）
兼容性測試之所以重要是因為，在與號稱兼容的接口連接時，如果出現(xiàn)無法連接的情況，用戶對其易用性印象會變差。例如，DVI就很難保證相互連接性，即使是支持DVI的終端，也發(fā)生過無法順利相互連接的“兼容問題”。這是阻礙DVI普及的原因之一。對此，HDMI引以為戒，雖然采用了與DVI相同的傳輸技術(shù)TMDS，但加強了對兼容性的測試容，非常重視確保相互連接性。
目前蘋果和索尼雖然沒有公布Thunderbolt和光版Light Peak之間的兼容性測試詳情。不過，如果支持DisplayPort和PCI Express等多種接口，就“需要通過某種形式進行”（熟悉DisplayPort的某業(yè)界相關(guān)人士）各接口之間的相互兼容性測試。至少在2011年5月份時，“Thunderbolt尚未給出相關(guān)的兼容性測試方法”（熟悉DisplayPort的某業(yè)界相關(guān)人士）。
現(xiàn)在已經(jīng)確定Thunderbolt支持DisplayPort和PCI Express。估計索尼采用的光版Light Peak也一樣。Thunderbolt與光版Light Peak支持的接口規(guī)格今后會進一步增加。比如HDMI和SATA等。隨著支持接口規(guī)格的增加，兼容性測試也將變得更加重要。
【Light Peak終于發(fā)光】（二）：配備方面存在的三項課題
在上一篇中曾介紹，連接器和兼容性測試是實現(xiàn)接口集約化的重要因素。本篇將介紹在消費類產(chǎn)品上配備Light Peak等光傳輸技術(shù)時存在的課題——成本、耗電量以及模塊尺寸等。
Light Peak目前正在試圖解決上述三項課題。為光通信和Light Peak開發(fā)光元件驅(qū)動IC及光敏元件后段放大器等元件的美國Ensphere Solutions公司就表示，Light Peak光收發(fā)模塊可較光通信利用的收發(fā)模塊降低價格、縮小尺寸并削減耗電量。
具體指標如下：光通信利用的“SFP+”標準收發(fā)模塊的制造成本為每10Gbit/秒數(shù)據(jù)傳輸速度約14美元，尺寸為56.5mm×13.4mm，高度為8.5mm。耗電量為每10Gbit/秒1W（圖1）。
圖1：Light Peak和SFP+光收發(fā)模塊的比較（圖由本站根據(jù)Ensphere Solutions的資料制作）（點擊放大）
而Light Peak光收發(fā)模塊的目標價格是，將每10Gbit/秒的制造成本降至2美元以下。美國Ensphere Solutions認為只要進行量產(chǎn)，這一數(shù)值是可能實現(xiàn)的。模塊尺寸可縮小至12mm×10mm，高度可降至2mm（圖2）。耗電量為每10Gbit/秒130mW，是SFP+的約1/8。
Light Peak光收發(fā)模塊之所以能降低價格，是因為其構(gòu)成部材價格低，而且部件數(shù)量少。首先光源的激光元件采用振蕩波長為850nm的低價位面發(fā)光激光器（VCSEL）。傳輸通道利用多模光纖。一般情況下，多模光纖要比光通信利用的單模產(chǎn)品便宜。光通信利用的激光器是可進行單模振蕩，而且波長穩(wěn)定性較高的高價位半導(dǎo)體激光器。光纖也采用單模產(chǎn)品。
其次構(gòu)成部材較少。例如，沒有配備用來保證激光器一定程度光輸出的“APC（Automatic Power Control）”功能用光敏元件。而在光通信中，為實現(xiàn)穩(wěn)定的通信，會盡量將激光器的光輸出保證在一定程度上。此時，為實現(xiàn)光輸出的穩(wěn)定化，通常需要實時檢測激光器的光輸出。該檢測用途配備了不同于數(shù)據(jù)通信的光敏元件。而Light Peak沒有配備這種光敏元件。
另外，消費類產(chǎn)品利用的Light Peak無需像社會基礎(chǔ)設(shè)施利用的光通信那樣的可靠性和產(chǎn)品壽命，因此可削減成本。
光收發(fā)模塊能夠?qū)崿F(xiàn)小型化是因為構(gòu)成部材少，而可削減耗電量是因為無需采用APC用光敏元件等。
那么，制造Light Peak光收發(fā)模塊部材的都是哪些企業(yè)呢？
圖2：上面是Light Peak光收發(fā)模塊。配備了Ensphere Solutions公司的激光器驅(qū)動IC和放大器元件。制造模塊的是“香港新科集團”（Ensphere Solutions）。下面是用來在基板上配置光收發(fā)模塊的模塊收納金屬盒。可以看見“富士康”的標志。（點擊放大）
目前已知，美國Oclaro正在開發(fā)光源VCSEL。美國Ensphere Solutions正在開發(fā)激光器驅(qū)動IC和放大器元件。另外，該公司還開發(fā)出了將電力管理IC和存儲器等收發(fā)光信號所需的半導(dǎo)體元件集成在一枚芯片上的技術(shù)。
開發(fā)光模塊的是美國安華高科技（Avago Technologies）和TDK的關(guān)聯(lián)企業(yè)——香港新科集團（SAE Magnetics）（參閱本站報道）。估計正在開發(fā)連接器的是臺灣鴻海精密工業(yè)（通稱富士康）等。
索尼似乎也在開發(fā)用于Light Peak的元件，熟悉Light Peak的某位人士介紹索尼開發(fā)的應(yīng)該是“光敏元件”。索尼擁有激光器和光敏元件等光元件技術(shù)。正因為如此，除了光敏元件外，索尼還有可能在開發(fā)VCSEL。
【Light Peak終于發(fā)光】（三）：光版USB的誕生？
前兩回大致介紹了什么是Light Peak。本文將根據(jù)索尼的發(fā)表，依次介紹筆者感興趣之處。
1．索尼配備的Light Peak的正式名稱是什么？
只要正式名稱公開，至少就可以判明索尼與英特爾今后發(fā)展Light Peak光接口的方向。就結(jié)論而言，筆者感覺索尼有意把這次的光接口應(yīng)用于新一代USB，也就是USB 4.0。至少也會作為USB 3.0的選配指標。
英特爾公司和索尼等公司雖然沒有正式發(fā)表，筆者這樣揣摩的理由有如下幾條。首先，英特爾公司對于光化非常執(zhí)著。過去制定USB 3.0標準時，該公司就曾打算加入光傳輸?shù)臉藴省５捎谄渌鸘SB-IF成員的反對，USB 3.0最終沒有加入光傳輸，并于2008年正式完成了標準化。但就在USB 3.0即將普及之際，英特爾公司于2009年9月提出了Light Peak設(shè)想。
第二個理由是英特爾對于支持USB 3.0態(tài)度謹慎。英特爾上市支持USB 3.0的芯片組是在2012年。當時USB 3.0已經(jīng)問世了3年多。鑒于此，甚至有看法認為，“英特爾公司的目的估計是普及Light Peak，而不是USB 3.0”。
接下來的理由是，試制Light Peak連接器的臺灣鴻海精密工業(yè)（Hon Hai Precision Industry，通稱Foxconn或富士康）一開始就把Light Peak叫做“USB 4.0”。筆者多次采訪過鴻海的連接器負責人，在交談中，對方頻頻提到USB 4.0。
如果成為USB標準規(guī)格，就可以在各類產(chǎn)品中配備，市場有望得到擴大。而且，雖說是標準品，制作Light Peak連接器十分困難，可以確保先行者利益。這就意味著，對連接器廠商來說有可能是筆“劃算”的買賣，鴻海或許最希望Light Peak連接器成為USB連接器。
連接器制作之所以困難，是因為既要支持USB 3.0，還必須支持光傳輸，其結(jié)構(gòu)將趨于復(fù)雜。USB 3.0的連接器已經(jīng)在此前的USB 2.0端子的基礎(chǔ)上，配備了最大數(shù)據(jù)傳輸速度達到5Gbit/秒的“Super Speed”模式專用端子。如果再加上光傳輸端子，結(jié)構(gòu)還會更加復(fù)雜。特別是光傳輸線路具有光軸校準等傳統(tǒng)電信號沒有的設(shè)計要素，因此，連接器的實現(xiàn)比較困難。
如今，公認如此難以實現(xiàn)的連接器已經(jīng)達到了可以配備到個人電腦產(chǎn)品的水平。索尼配備光接口的個人電腦似乎安裝了能夠進行光傳輸、可以與USB 3.0兼容的連接器。如果英特爾與索尼，以及鴻海借助這一“成果”，在USB-IF上參與討論，光傳輸也有望成為USB的指標。
其實，在接口性能參數(shù)的制定中，幾家公司首先制作試制品，在實際產(chǎn)品中配備后，再申請成為正式標準的情況屢見不鮮。例如DisplayPort的迷你連接器。蘋果公司在制定DisplayPort的性能參數(shù)之前，就為該公司的個人電腦配備了DisplayPort的迷你連接器（參閱本站報道1）。當時的迷你連接器由鴻海制造。之后，該公司以這項成果為武器，成功使DisplayPort的連接器性能參數(shù)成為了標準。英特爾與索尼，以及鴻海或許也有著相同的目的。
鑒于以上情況，Light Peak今后成為USB的可能性非常大。
當然，除了成為USB之外，還有其他的可能。例如成為Thunderbolt的光版標準。這樣一來，光版Light Peak估計會和電版一樣使用“Thunderbolt”的名稱。
此外，索尼配備的Light Peak光接口的名稱還可能既不是Thunderbolt，也不是USB。那樣的話，市場上將會出現(xiàn)同樣利用英特爾公司開發(fā)的Light Peak接口技術(shù)，但名稱各異的接口標準。從而出現(xiàn)以往圍繞IEEE1394的名稱，蘋果使用的“FireWire”與索尼使用的“i.LINK”相互對峙的格局。
倘若思維再活躍一些，或許DisplayPort今后不會進行大幅更新性能參數(shù)，Thunderbolt將歸入新一代DisplayPort的框架內(nèi)，光版Light Peak將成為USB的新一代指標。這樣在未來，個人電腦和數(shù)字家電等產(chǎn)品配備的接口也許會向Thunderbolt和新一代光版USB兩個種類集中。也就是說，Light Peak將橫掃市場。
2．線纜會變成什么樣？
Light Peak似乎將利用多模玻璃光纖。這樣的話，線纜也將使用玻璃光纖。音頻產(chǎn)品傳輸音頻使用的是塑料光纖（POF）。但把玻璃光纖應(yīng)用于通信以外的消費產(chǎn)品用途基本還是第一次（在FTTH室內(nèi)光布線用途或許已經(jīng)得到了應(yīng)用）。因此，筆者對線纜的耐久性和價格十分關(guān)注。
3．對產(chǎn)品內(nèi)光布線的波及效果如何？
過去Light Peak問世時，由于采用光傳輸技術(shù)，人們曾期待隨著普及的推進，會獲得消費產(chǎn)品采用光布線的效果。因為Light Peak這一先行者問世后，除了能夠積累“光傳輸技術(shù)”在消費產(chǎn)品中使用的知識經(jīng)驗，還有望降低光布線使用的部材成本。例如光軸校準等光傳輸獨有的調(diào)整技術(shù)知識，VCSEL、光敏元件和光傳輸線路的低成本化等（參閱本站報道2）。對于產(chǎn)品內(nèi)光布線，消費產(chǎn)品配備“光傳輸技術(shù)”這一事實最有望成為巨大的推動力。
隨著利用電信號的Thunderbolt的登場，上述期待灰飛煙滅，但索尼的個人電腦問世后，獲得普及效果的期待再度出現(xiàn)。而且，如果USB采用了Light Peak，普及效果估計還會更加強勁。
而且，從索尼發(fā)布的筆記本電腦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看，連接器與光收發(fā)模塊的距離較遠，可見機殼內(nèi)鋪設(shè)了光纖（圖1）。也就是采用了“產(chǎn)品內(nèi)光布線”。索尼一直在研發(fā)光布線（參閱本站報道3）。涉及的范圍包括光驅(qū)、激光器元件、攝像元件以及鏡頭等。因此，該公司對于處理光學部件是輕車熟路。這恐怕也是索尼率先采用Light Peak的一個原因。
4.利用場景是哪些？
圖：就筆記本電腦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看，連接器與光收發(fā)模塊的距離長，由此可見，機殼內(nèi)鋪設(shè)了光纖。（點擊放大）
采用Light Peak光接口后，會產(chǎn)生哪些利用場景呢？這也是筆者關(guān)心的地方。索尼在推出采用光接口的筆記本電腦的同時，還將上市通過光接口連接的外設(shè)“Power Media Dock”。Power Media Dock配備有光驅(qū)和高處理能力GPU等。按照推測，這兩款產(chǎn)品使用光接口的利用場景可能如下。
在外出時，隨身攜帶超薄輕量（約1.2kg）的筆記本電腦，在外面完成工作和資料編輯等。回家后，當進行視頻編輯、3D圖形游戲等大處理負荷的操作時，通過Light Peak把Power Media Dock與筆記本電腦連接。然后，利用Power Media Dock內(nèi)置的美國AMD（Advanced Micro Devices）的GPU“Radeon HD 6650M”和1GB視頻存儲器（VRAM），進行大處理負荷的操作。因為處理性能高于筆記本電腦的GPU，所以可以流暢地享受視頻編輯、3D圖形游戲等操作的樂趣。
現(xiàn)在，能夠想到的“Light Peak獨特”的利用場景，還只有這種與外部高速GPU連接的用途。實際拿到相應(yīng)產(chǎn)品后，或許還能發(fā)現(xiàn)更多巧妙的用途。
5.接口行業(yè)的格局將如何改變？
Light Peak集成了各種接口。如果能夠作為Thunderbolt得到蘋果公司個人電腦，以及索尼個人電腦的采用，Light Peak接口估計也將向其他公司的個人電腦和外設(shè)拓展。到未來，除了個人電腦之外，還有可能拓展到諸如平板終端、智能手機、電視之類的產(chǎn)品。這一動向?qū)⑷绾胃淖兘涌谛袠I(yè)的格局呢？
可能產(chǎn)生的變化至少有兩個。一個是減少個人電腦配備的連接器數(shù)量。這樣一來，除了能夠大量低價生產(chǎn)連接器的廠商，以及在連接器方面具有卓越技術(shù)實力的廠商，其他廠商的生存將變得困難。
另一個變化是遵循特定接口標準的收發(fā)LSI的數(shù)量將會減少。只要使用基于Light Peak的接口技術(shù)，不只是DisplayPort和PCI Express，就連HDMI和SATA信號也能夠傳輸。也就是無需再為各個標準逐一準備收發(fā)LSI。而且，英特爾公司的芯片組還可能配備Light Peak橋接LSI和控制器LSI等部件，或是在CPU中集成。因此，收發(fā)LSI廠商今后給自身產(chǎn)品添加附加值會恐怕將是難上加難。
并且，如果Light Peak接口普及，能夠傳輸幾乎全部接口標準的數(shù)據(jù)的話，新接口標準陸續(xù)問世的情形今后或許會減少。過去，每當新接口標準問世的時候，都會出現(xiàn)生產(chǎn)相應(yīng)收發(fā)LSI的新興企業(yè)，隨著新接口的擴大實現(xiàn)發(fā)展。但是，隨著Light Peak的普及，這種商業(yè)模式在今后有可能無法再現(xiàn)。